碳/碳化硅燃气舵的烧蚀性能与抗热震特性研究

本文主要探讨了碳/碳化硅(C/SiC)燃气舵在极端热环境下的烧蚀性能以及其抗热震特性。研究通过利用等离子电弧风洞烧蚀实验装置，模拟燃气舵在实际工作中的服役条件，对C/SiC复合材料制成的燃气舵进行了详细评估。实验结果显示，燃气流的方向与燃气舵之间的夹角对其线烧蚀率有显著影响：当燃气流垂直于燃气舵（前端）时，线烧蚀率达到最大值1.007毫米/秒，而沿着燃气舵厚度方向（平行）则降到了最低值0.052毫米/秒，两者相差近20倍。这表明燃气舵的设计和安装角度对于耐热性能至关重要。 烧蚀机制方面，发现碳/碳化硅燃气舵主要受到粒子侵蚀和机械剥蚀的双重作用。粒子侵蚀来自于高速气流中的微小颗粒，它们撞击材料表面导致磨损；而机械剥蚀则是由于高温下材料表面的微裂纹扩展和材料层间的相对滑动。这两者共同作用加速了材料的热损伤。 此外，材料所承受的热应力是决定燃气舵性能的关键因素。过高的热应力会导致材料内部微观结构的变化，进而引发材料的早期失效。因此，设计时需要充分考虑热应力的分布和控制，以提高燃气舵的稳定性和寿命。 本文的结论为优化C/SiC燃气舵的设计提供了重要的指导，特别是在抗烧蚀和抗热震能力的提升上。这对于航空航天领域的推进器设计，尤其是高温燃气舵应用，具有重要的工程实践价值。该研究不仅验证了C/SiC复合材料作为高温燃气舵的良好候选材料，也为材料的选择和热管理策略提供了科学依据。